Preview

Известия Высших Учебных Заведений. Черная Металлургия

Расширенный поиск

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ И ЭНЕРГОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА ПРОЦЕСС ПОЛУЧЕНИЯ НАНОРАЗМЕРНЫХ ПОРОШКОВ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО КОБАЛЬТА ВОССТАНОВЛЕНИЕМ ВОДОРОДОМ

https://doi.org/10.17073/0368-0797-2018-2-96-101

Полный текст:

Аннотация

Значительные перспективы использования в различных областях науки, техники, промышленности и в медицине имеют нанопорошки на основе кобальта. Исследована кинетика процессов получения нанопорошков металлического кобальта восстановлением водородом из оксидного материала в электромагнитном поле и при энергомеханической обработке в вихревом слое ферромагнитных частиц, вра щающихся под действием этого поля. Нанопорошки оксида кобальта Co3O4 получали путем термического разложения синтезированного химическим осаждением гидроксидного соединения кобальта Co(OH)2 из 10 %-ных водных растворов соли нитрата кобальта Co(NO3)2 и едкого натра NaOH при условиях: pH = 9, t = 20 °С. Восстановление образцов нанопорошков оксида кобальта Co3O4 для получения наноразмерных частиц кобальта проводили на установке модифицированного аппарата вихревого слоя модели УАП-3 с встроенными внутри камеры нагревательной печью и проточным реактором. Амплитудное значение индукции поля внутри реактора составляет 0,16  Тл. Выбор экспериментальных температур восстановления образцов выполняли на основе результата термогравиметрического анализа исходного образца гидроксида кобальта. Кинетические параметры процессов водородного восстановления в условиях линейного нагрева и  в изотермических условиях рассчитаны с помощью моделей Фримена-Кэрола и Мак Кевана соответственно. Обнаружено снижение скорости получения нанопорошков кобальта в электромагнитном поле (до 14 % при 250 °С) вследствие затруднения способности адсорбции атомов водорода на поверхности образованных металлических наночастиц. Установлено, что энергомеханическая обработка в вихревом слое приводит к повышению скорости процесса в 4 – 5 раз благодаря эффекту механоактивации материала. Методами термогравиметрии, рентгеновской дифрактометрии, электронной микроскопии и измерения удельной поверхности по низкотемпературной адсорбции азота изучены свойства исходного материала и полученных продуктов. Показано, что при восстановлении образцов в электромагнитном поле формируются более мелкодисперсные наночастицы кобальта, чем в случае без воздействия поля. Энергомеханическая обработка в вихревом слое приводит к агрегированию восстановленных металлических наночастиц и к образованию гранул микрометрового размера.

Об авторах

В. М. Нгуен
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия

Аспирант кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов.

119049,  Москва, Ленинский пр., 4 



Ю. В. Конюхов
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия

Кандидат технических наук, доцент кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов.

119049,  Москва, Ленинский пр., 4 



Д. И. Рыжонков
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия

Доктор технических наук, профессор-консультант кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов.

119049,  Москва, Ленинский пр., 4 

 



Список литературы

1. Thanha N.T.K., Green L.A.W. Functionalisation of nanoparticles for biomedical applications // Nano Today. 2010. Vol. 5. P. 213 – 230.

2. Scherer C., Figueiredo N.A.M. Ferrofluids: properties and applications // Brazilian Journal of Physics. 2005. Vol. 35. No 3A. P. 718 – 727.

3. Cuizhu H., Song Q., Xinzhen W., Jiurong L., Liqiang L., Wei Liu, Masahiro I., Kenichi M. Facile synthesis of hollow porous cobalt spheres and their enhanced electromagnetic properties // Journal of Materials Chemistry. 2012. Vol. 22. P. 22160 – 22166.

4. Dumestre F., Chaudret B., Amiens C., Fromen M.C., Casanove M.J., Renaud P., Zurcher P. Shape control of chermo-dynamically stable cobalt nanorods through organometallic chemistry // Angewandte Chemie. 2002. Vol. 114. P. 4462 – 4465.

5. Рыжонков Д.И., Левина В.В., Дзидзигури Э.Л. Наноматериалы: учебное пособие. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012. – 365 с.

6. Ashkan Zolriasatein, Ali Shokuhfar. Size effect on the melting temperature depression of Al12Mg17 complex metallic alloy nanoparticles prepared by planetary ball milling // Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures. 2015. Vol. 74. P. 101 – 107.

7. Xie Jingwei, Jiang Jiang, Davoodi Pooya, Srinivasan M.P., Wang Chi-Hwa. Electrohydrodynamic atomization: A two-decade effort to produce and process micro-/nanoparticulate materials // Chemical Engineering Science. 2015. Vol. 125. P. 32 – 57.

8. Nilesh S.K., Atul K.T., Ashok B.N., Suyog A. Raut, Sudha V. Bhoraskar,­ Asoka K. Das, Vikas L. Mathe. Understanding the crystalline phase formation in FeNi and AlNi binary alloy-nanoparticles produced by thermal plasma assisted gas phase condensation method // Materials & Design. 2016. Vol. 112. P. 495 – 504.

9. Оглезнева С.А., Порталов М.Н. Синтез нанопорошков железа и никеля химико-металлургическим методом // Известия Самарского научного центра РАН. 2011. Т. 13. № 4 (4). С. 1095 – 1097.

10. Fikret Yılmaz, Dong-Jin Lee, Joon-Woo Song, Hyun-Seon Hong, Hyeon-Taek Son, Jae-Sik Yoon, Soon-Jik Hong. Fabrication of cobalt nanoparticles by pulsed wire evaporation method in nitrogen atmosphere // Powder Technology. 2013. Vol. 235. P. 1047 – 1052.

11. Теория металлургических процессов. Учебник для вузов / Д.И. Рыжонков, П.П. Арсентьев, В.В. Яковлев и др. – М.: Металлургия, 1989. – 392 с.

12. Логвиненко Д.Д., Шеляков О.П. Интенсификация технологических процессов в аппаратах с вихревым слоем. – Киев: Техника, 1976. – 144 с.

13. Рыжонков Д.И., Костырев С.Б., Горчаков Ю.А. Применение АВС для металлизации никеля и меди. – В кн.: Разработка и внедрение вихревых электромагнитных аппаратов для интенсификации технологических­ процессов АВС – 89. Тезисы докладов всесоюзной науч.­техн. конф. Тамбов, 1989 г. – Тамбов, 1989. С. 65 – 67.

14. Freeman E.S., Carroll B. The application of thermoanalytical techniques to reaction kinetics: The thermogravimetric evaluation of the kinetics of the decomposition of calcium oxalate monohydrate // The Journal of Physical Chemistry. 1958. Vol. 62 (4). P. 394 – 397.

15. Brown M., Dollimore D., Galwey A. Reactions in the solid state. – Amsterdam:­ Elsevier scientific publishing company, 1980. – 339 p.

16. McKewan W.M. Kinetics of Iron Oxide Reduction // Transactions of the Metallurgical Society of AIME. 1960. Vol. 218. P. 2 – 6.

17. Scherrer P., Gottingen N.G.W. Determination of the size and internal structure of colloidal particles using X-rays // Journal of Mathematical Physics KI. 1918. Vol. 2. P. 96 – 100.

18. Rahimi M., Dehkordi A.M. Reactive absorption in packed bed columns in the presence of magnetic nanoparticles and magnetic field: Modeling and simulation // Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 2017. Vol. 45. P. 131 – 144.

19. Wei-Dong Wu, Gang Liu, Sheng-Xiang Chen, Hua Zhang. Nanoferrofluid addition enhances ammonia/water bubble absorption in an external magnetic field // Energy and Buildings. 2013. Vol. 57. P. 268 – 277.

20. Chernavskii P.A., Zaikovskii V.I., Pankina G.V., Perov N.S., Turakulova A.O. The effect of a magnetic field on the thermal destruction of cobalt formate // Russian Journal of Physical Chemistry A. 2009. Vol. 83. No. 3. P. 499 – 502.


Для цитирования:


Нгуен В.М., Конюхов Ю.В., Рыжонков Д.И. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ И ЭНЕРГОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА ПРОЦЕСС ПОЛУЧЕНИЯ НАНОРАЗМЕРНЫХ ПОРОШКОВ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО КОБАЛЬТА ВОССТАНОВЛЕНИЕМ ВОДОРОДОМ. Известия Высших Учебных Заведений. Черная Металлургия. 2018;61(2):96-101. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2018-2-96-101

For citation:


Nguyen V.M., Konyukhov Y.V., Ryzhonkov D.I. INVESTIGATION OF THE INFLUENCE OF ELECTROMAGNETIC FIELD AND ENERGY-MECHANICAL PROCESSING ON THE PRODUCTION OF METALLIC COBALT NANOPOWDER BY HYDROGEN REDUCTION. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2018;61(2):96-101. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0368-0797-2018-2-96-101

Просмотров: 171


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 0368-0797 (Print)
ISSN 2410-2091 (Online)